3.0《核能》PPT课件(新人教版 选修1-２)

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新课标人教版课件系列
《高中物理》
选修1-2
第三章
《核能》
3.1《放射性的发现》
教学目标
知识与能力：
１、放射性的发现 X射线是什么？
２、天然放射性的发现
３、射线到底是什么？三种射线
教学重点：
三种射线
教学难点：
三种射线
一、放射性的发现
伦琴
第一位获得诺贝尔物理学奖的人。
X射线是什么？
X射线穿透能力很强，可穿透几米厚的钢板。
X射线不带电。
X射线是一种电磁波。
产生原因：原子内层电子受激发后产生的射线。
X射线又叫伦琴射线
历史上最著名的照片之一
CT
二、天然放射性的发现
1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光，物质发射射线的性质称为放射性．具有发射性的元素称为放射性元素．元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象．
贝克勒尔
钡铀云母
翠砷铜铀矿
斜水钼铀矿
铀钙石矿
居里夫妇
放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于或等于83的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性．
放大了1000倍的铀矿石
天然放射现象
三、射线到底是什么？
在放射性现象中放出的射线是什么东西呢？
它们除了能穿透黑纸使照相底片感光的性质以外，还有些什么性质呢？
这些射线带不带电呢？
放射性物质发出的射线有三种：
天然放射现象
三种射线
α射线
β射线
γ射线
α射线
　　根据射线的偏转方向和磁场方向的关系可以确定，偏转较小的一束由带正电荷的粒子组成，我们把它叫做α射线，α射线由带正电的α粒子组成.科学家们研究发现每个α粒子带的正电荷是电子电荷的2倍，α粒子质量大约等于氦原子的质量.进一步研究表明α粒子就是氦原子核.
　　由于α粒子的质量较大，所以α射线的穿透本领最小，我们用一张厚纸就能把它挡住.
β射线
　　与α射线偏转方向相反的那束射线带负电荷，我们把它叫做β射线.研究发现β射线由带负电的粒子（β粒子）组成.进一步研究表明β粒子就是电子.
　　β射线的穿透本领较强，很容易穿透黑纸，还能穿透几厘米厚的铝板.
γ射线
中间不发生偏转的那束射线叫做γ射线，研究表明，γ射线的实质是一种波长极短的电磁波，它不带电，是中性的.
　　γ射线的穿透本领极强，一般薄金属板都挡不住它，它能穿透几十厘米厚的水泥墙和几厘米厚的铅板.
天然放射现象
γ
射线
β
射线
α
射线
电离能力
贯穿能力
速度
成分
氦原子核
高速
电子流
高能量
电磁波
1/10光速
接近光速
光速
弱
较强
很强
很容易
较弱
更小
如果一种元素具有放射性，那么不论它是以单质的形式存在，还是以某种化合物的形式存在，放射性都不受影响，放射性的强度也不受温度、外界压强的影响，即放射性与元素存在的状态无关。
元素的化学性质决定于原子核外的电子；
元素的放射性决定于原子核。
3.2《原子的核式结构》
教学目标
1.了解原子的核式结构.
2.培养学生通过现象认清本质的分析、推理能力.
3.了解原子学说的发展历史，认识α粒子散射实验的重大意义.
二、重点分析
卢瑟福的α粒子散射实验的现象和所说明的问题.
三、教具
1.了解α粒子散射实验；放相机、彩色显示器、录相带.
2.分析实验现象：α粒子散射实验挂图.
19世纪末到20世纪的三十年代，对于电子、光谱的深入研究以及放射性现象、中子、质子的发现，引起物理观念的重大变革，创立了新的理论，导致人们对原子和原子核认识的升华．
? 十九世纪末，汤姆生发现了电子，并知道电子是原子的组成部分．
电子是带负电的，而原子是中性的，因此推断出原子中还有带正电的物质．
那么这两种物质是怎样构成原子的呢？
汤姆生提出了枣糕模型
汤姆生
汤姆生的原子模型
在汤姆生的原子模型中，原子是一个球体；正电核均匀分布在整个球内，而电子都象枣核那样镶嵌在原子里面．
电子
正电荷
这个模型不久就被实验事实否定了
粒子散射实验
卢瑟福
1909～1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手们进行了 粒子散射实验
??根据汤姆生模型计算的结果：电子质量很小，对α 粒子的运动方向不会发生明显影响；
??由于正电荷均匀分布，α 粒子所受库仑力也很小，故α 粒子偏转角度不会很大．
粒子散射实验
1、绝大多数α 粒子穿过金箔后仍沿 原来方向前进．
2、少数α 粒子发生了较大的偏转．
3、极少数α粒子的偏转超过90°．
4、有的甚至几乎达到180 °．
粒子散射实验现象:
第一条现象说明，原子中绝大部分是空的
第二、三现象可看出，α 粒子受到较大的库仑力作用
第四条现象可看出，α粒子在原子中碰到了比他质量大的多的东西
带负电的电子在核外空间绕着核旋转．
原子的核式结构:
卢瑟福提出的原子核式结构
在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核．
原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在 原子核里．
原子的核式结构:
体育场
根据卢瑟福的原子结构模型，原子内部是十分“空旷”的，举一个简单的例子：
原子
原子核
原子的核式结构:
原子核的组成:
1919年，卢瑟福用粒子轰击氮核，从氮核打出一种粒子,
测量其带正电,电荷量为一个元电荷,质量、电量与氢原子核相同。 ------质子。
同样的方法，从氟、钠、铝的原子核中打出了质子。------质子是原子核的组成部分。
原子核是否只是由质子组成呢？
核的质量
质子质量
核的电量
质子电量
？
原子核的组成:
卢瑟福进而猜想原子核内存在不带电的中子，这一猜想被他的学生查德威克用实验证实，并得到公认．
质子
中子
核子
质子数
电荷数
核的质量
质子质量
核的电量
质子电量
>
质子数
中子数
质量数
+
=
原子核的表示:
X表示 元素符号
Z表示 质子数
A表示 质量数
同位素:
如质子数相同，中子数不同，（质量数当然不同），则互为同位素。
3.3《放射性衰变》
教学目标
一、知识与能力：
（1）理解什么是“天然放射现象”，掌握天然放射线的性质；
（2）掌握原子核衰变规律，理解半衰期概念；
（3）结合天然放射线的探测问题，提高学生综合运用物理知识的能力.
（４）在复习过程中，适当介绍天然放射性的发现过程，以及有关科学家的事绩，对学生进行科学道德与唯物史观的教育.
二、重点、难点分析
1.重点.
（1）衰变规律；
（2）用电场和磁场探测天然射线的基本方法.
2.难点：用力学和电学知识如何分析天然射线的性质.
人们通过什么现象或实验发现原子核是由更小的微粒构成的？
人们认识原子核的结构就是从天然放射性开始的。
1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光，物质发射射线的性质称为放射性．具有发射性的元素称为放射性元素．元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象．
铅盒
放射源
射
线
天然放射性元素的原子核发出的射线可使照相底片感光
照相底片
放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于82的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性．
放大了1000倍的铀矿石
天然放射现象
放射性物质发出的射线有三种：
天然放射现象
点击观看动画
天然放射现象
射线
射线
射线
电离能力
贯穿能力
速度
成分
高能量
电磁波
1/10光速
接近光速
光速
弱
较强
很强
很容易
较弱
更小
阅读课文填写表格：
天然放射现象
氦原子核
高速电子流
天然放射现象
请根据洛伦兹力的知识来判断这三束各是什么射线
天然放射现象
具有放射性的元素不论它是以单质的形式
存在，还是以某种化合物的形式存在，放射性
都不受影响。
放射性与元素存在的状态无关。
元素的化学性质
原子核外的电子
决定
射线
原子核
来源
人们认识原子核的结构是从 开始的。
天然放射现象
衰变、半衰期
原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变。
原子核衰变时电荷数和质量数都守恒
U238在 衰变时产生的钍234也具有放射性，放出 离子后变为（镤）Th234，上述的过程可以用下面的衰变方程表示：
＋
＋
衰变、半衰期
质子
中子
结合
在放射性元素的原子核中：
中子
质子
电子
转化
和
衰变、半衰期
射线经常是伴随 射线和 射线产生的.
为什么
当放射性物质连续发生衰变时，原子核中
有的发生 衰变，有的发生 衰变，同时
伴随着 辐射。这时射线中就会同时具有
、 和 三种射线。
衰变、半衰期
放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期．
半衰期表示放射性元素衰变快慢的物理量。
放射性元素衰变的快慢有一定的规律。
如：Na24的半衰期是2小时
10克Na经2小时 衰变了5克 剩 5克
又经2小时 又衰变2.5克 剩 2.5克
再经2小时 又衰变1.25克 剩 1.25克
10克Na24经6小时共衰变了8.75克 剩1.25克
衰变、半衰期
衰变、半衰期
考古学家确定古木年代的方法是用放射性同位素作为“时钟”，来测量漫长的时间，这叫做放射性同位素鉴年法．
半衰期是由元素原子核本身的因素决定的，与原子所处的物理、化学状态及周围环境、温度都无关。
不同的放射性元素，半衰期不同。
练习三：
1. 、 和 三种射线的本质各是什么？
2.为什么说放射性表明原子核是有内部结构的？
3. 钍230是放射性的，查一查元素周期表，它
放出一个 粒子后变成了什么元素？写出衰变
方程。
＋
4.什么是半衰期？已知钍234的半衰期是24天，
1g钍234经过120天后还剩下多少？
1、下面的事实揭示出原子核具有复杂结构的是
A、 粒子散射实验 B、氢光谱实验
C、X光的发现 D、天然放射现象
巩固练习:
D
2、完成下面的核反应方程式
　　
3、天然放射性元素 Ra衰变成不具有放射性的元素 Pb时，要经过 次 衰变， 次 衰变。
4、10g某放射性元素经过20天后还剩0.625g，则该元素的半衰期是 天，如果再经过30天，还剩 g该元素。（结果保留三位有效数字）
5
4
5
0.00977
3.4《裂变和聚变》
教学目标
一、核裂变
１、核裂变概念；
２、铀核的裂变；
３、链式反应
二、核聚变
1 、 轻核的聚变（热核反应）
2、发生聚变的条件
3、实现的方法有:
三、受控热核反应——核聚变的利用
1、１９６４年１０月１６日１５∶００时，中国首枚原子弹以塔爆方式试爆成功。
2、１９６６年１２月２８日１２∶００时，首次氢弹试爆成功
3、从原子弹试爆到氢弹试爆，美国用了７年，苏联用了４年，英国接近５年，法国是８年多，但是中国只用了２年８个月
历史资料
一、核裂变
物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应叫做裂变。
铀核裂变（核反应方程）
一般来说，一个铀核裂变要放出2～3个中子，这些中子又会引起新的裂变、释放更多的能量
链式反应
重 核 裂 变 演 示
链 式 反 应
原子弹：铀核裂变时放出巨大的能量，同时能放出多于二个中子，若分裂时放出的中子全部被别的铀核吸收，又引起新的裂变，这样，裂变的数目将按指数规律增大，结果形成一发散的链式反应，这就是原子弹中发生的情况。
临界体积:能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体积。如果铀235的体积超过了它的临界体积，只要有中子进入铀块，会立即引起铀核的链式反应，在极短时间内就会释放出大量的核能，发生猛烈的爆炸，原子弹就是根据这个原理制成的。
反应堆：核电站中使核燃料在人工控制下产生裂变的装置
链式反应的应用——原子弹
??美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的毁伤．在长崎投掷的原子弹爆炸后形成的蘑菇状云团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达12英里多．广岛市区80%的建筑化为灰烬，64000人丧生，72000人受伤，伤亡总人数占全市总人口的53%．长崎市60%的建筑物被摧毁，伤亡共86000人，占全市37% ．
链式反应的应用——原子弹
在山田须磨子（一位当年的爆炸目击者）的一幅画：在遥远的广岛上空，原子弹爆炸后发出彩虹一般绚丽的光芒
核聚变：把两个轻核聚合成较重的核时，释放出核能的反应
聚变
+
二、核聚变和受控热核反应
+ 17.6MeV
如何能使轻核具有较大的动能呢？
1、必须让轻核的距离非常接近
2、必须让轻核具有很大的动能
需要克服极大的库仑斥力
当物质达到几百万摄氏度以上的高温时，剧烈的热运动使得一部分原子核已经具有足够的动能，可以克服相互之间的库仑斥力，在碰撞时发生聚变．因此，聚变反应又叫热核反应．
热核反应的优点：
能量大、污染小、材料易得
聚变反应的应用:
（1）太阳内部和许多恒星的内部
（2）氢弹的爆炸（通过原子弹爆炸时产生的高温来达到 ）
受控热核反应：
如果要使巨大的热核反应能量不是以爆炸的形式释放，而是在人工控制下逐渐地释放出来并加以利用（例如发电），这称为受控热核反应。
磁约束聚变和
托卡马克装置
惯性约束聚变
3.5《核能的利用》
教学目标
获得核能的途径：裂变和聚变
核能的和平利用－核电站
核能与传统火电站的比较
我国和世界结核电的利用
按现在的能源消耗速度，世界上的石油、天然气和煤等生物化石能源将在几十年至200年内逐渐耗尽。
1945年8月6日和8月9日，美国将两颗外号为“小男孩”和“胖子”的原子弹，分别投到日本的广岛和长崎，原子弹爆炸时释放出的巨大能量将两座城市在瞬间化为废墟。8月15日日本无条件投降。
小男孩
胖子
爆炸区1.6公里内的所有生物全都荡然无存。离发射场800米的一座32吨重的钢塔成了一堆扭曲的废物。发射场周围800米的沙粒被融化成玻璃体，绿色透明似翡翠。
原子核
（正）
核外电子
（负）
质子
（正）
中子
（不带电）
当原子核发生改变时就会释放出巨大的能量（核能）。
获得核能的途径：
（2）核聚变
（1）核裂变
核裂变
质量较大的原子核在中子轰击下分裂成2个新原子核，并释放出能量的过程。
链式反应:
用中子轰击铀核，使铀核发生裂变,放出能量。铀核分裂时，还同时放出2-3个中子，又可以轰击其它铀核，使它们也发生裂变。
这些铀核分裂时，同样放出中子，从而引起更多的铀核发生裂变，于是裂变反应便会链锁式地自行持续下去，这种现象叫做链式反应。
如果对裂变的链式反应不加控制，在极短时间（约百万分之几秒）会释放出大量核能，发生猛烈爆炸，原子弹就是根据这个原理制成的。
核聚变
2个质量较小的原子核结合成质量较大的新核，同时释放出能量的过程。
氢弹就是根据核聚变的原理制成的，威力比原子弹还要大。
我国第一颗原子弹爆炸时的情景
我国第一颗氢弹爆炸时的情景
1964年10月16日，我国爆炸了第一颗原子弹，成功地进行了第一次核试验。原子弹爆炸的成功吸引了全世界的目光，一夜之间中国跨进了核大国行列，全世界刮目相看。
核能
内能
机械能
电能
法国1980年到1986年间核电占总发电量的比例由24％提高到 70％，在此期间法国总发电量增加40％，而排放的硫氧化物 却减少了9％，尘埃减少了36％，大气质量有明显改善。
秦山核电站
大亚湾核电站
1994年底，全世界核电站的发电量已经占总发电量的17%。我国十分重视核能的利用，目前，秦山核电站和大亚湾核电站已经运行发电，几座新的核电站正在建设之中。
核电站实施纵深防御、多重保护、多样性的设计原则，确保核安全。以秦山核电站为例，它有三道屏障，用于防止放射性物质的外泄。
第一道屏障是锆-4合金的燃料包壳，它把核燃料及其裂变产物封闭起来。
第二道屏障是壁后为175毫米钢板制成的反应堆压力容器以及相应的管道设施，它把反应堆冷却剂包容在里面，防止有放射性的反应堆冷却剂外泄。
第三道屏障是反应堆安全壳，它是高72.5米、外径38米、厚1米的钢筋混凝土制成的圆柱形建筑，内衬6毫米的钢板。安全壳既能抵御外部破坏。
α射线：带两个单位正电荷（氦核）
β射线：带一个单位负电荷（电子）
γ射线：不带电（中子）
大剂量放射线对人畜会造成很大的伤害；但是，如果用较小的剂量，并谨慎地加以控制，射线也可以为人类做许多事。
放射性物质的标志